Вопрос 35.Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристики и перспективы объединения

Все известные в природе силы можно свести к 4 типам:

- гравитационное взаимодействие

- электромагнитное

-слабоядерное

-сильноядерное

1).гравитационное взаимодействие-универсальное (действ. Между любыми частицами).самая слабая из 4 сил, но основная сила во вселенной поскольку действует на большие расстояния и всегда явл.силой притяжения. Это взаимодействие можно описать как обмен гавитономи(частицы со спином 2)

2)электромагнитное (только между заражёнными частицами)в зависимости от зарядов взаимодействие частиц может быть либо притяжение, либо отталкивание. На больших расстояния сила не значительная. В масштабах атома и молекул электромагнитные силы доминируют и обеспечивают связь атомов и молекул. Это обмен виртуальными бесмассовыми частицами со спином 1-фатонами.

3)слабоядерная. только в микромире. Важная роль в термоядерных реакциях, поэтому проявляется в эволюции звёзд и других космических объектов. Носит распадный характер. переносчиками этого взаимодействия явл. так называемые векторные базоны.они очень массивны поэтому их радиус действия очень мал.

4)сильноядерное. Проявляется на расстояниях, сравнимых с размером ядер. Оно обеспечивает связь кварков внутри протонов и нейтронов, а так же связь нейтр.и протонов внутри ядер.переносчиками явл.глюоны со спином 1.они связывают кварки по парам или тройкам.

60 года ХIХ Максвелл создает единую электромагнитную теорию

1967-Вайнберг и Салам предложили общую теорию электрослабого взаимодействия.два фундаментальных взаимодействия электромагнитное и слабоядерное оказались проявлением единого электрослабого.

Теория великого объединения Глэшоу 1974. в этой теории уже три силы вступают как разные проявления единой силы.

Вопрос 36. Парадоксы классической космологии и их разрешения.

Классика: вселенная устроена по законам механики(17 век.)

По концепции Лапласовского детерминизма(нач.19века) законы механики в принципе позволяют точно предсказать как будет развиваться вселенная, если известно её состояние в один её произвольный момент времени.

Ньютоновская вселенная вечна, бесконечна, изотропна(одинакова по всем направлениям).Такие св-ва оказались тесно связанными с фундаментальными законами сохранения (терема Нётера).Раз вселенная вечна, бесконечна, изотропна значит вселенная либо существует всегда в таком неизменном состоянии, либо была сотворена в какой то момент в прошлом примерно такой какой она явл.сейчас.

Такие представления привели к парадоксам, которые не могла решить классическая наука.

1) гравитационный парадокс:

по Ньютону-в каждой точки вселенной должна действовать бесконечно большая сила притяжения, а значит все звёзды должны неизбежно приблизиться друг с другом из-за гравитации. Т.е. бесконечность вселенной противоречит её вечности.

2) фотометрический парадокс:

В бесконечной статической (неизменной)вселенной бесконечное кол-во звёзд, а значит любой луч зрения должен упираться в какую либо звезду, тогда небо даже ночью ярко светится, чего мы не наблюдаем.

1913-Эйнштейн закончил разработку общей теории относительности(гравитация это не сила, пространство искривлено).

1917-Эйнштейн применил уравнение ОТО ко вселенной в целом. В отличии от кл-их теорий пространство и время вселенной оказались неабсолютны и не бесконечны. Вселенная бесконечна, но замкнута.

Из ур-ия ОТО следовало, что пространственный размер вселенной должен увеличиваться со временем. Т.е.должна либо расширяться либо сжиматься. Эйнштейн это отверг.

Эйнштейну пришлось изменить ур-ие ОТО, добавив в них дополнительные величины так называемое космологическое отталкивание(10 в степени -58).

В 20-ых годах 20 века нестационарность вселенной, вытекающую из ур-ия ОТО объяснил Фридман: вселенная однородна и изолирована.Он рассмотрел три различные модели нестационарной вселенной.Все они были эволюционными.

1.расширение сменяется сжатием. Кривизна пространства положительна.(сфера) Расширение тормозится гравитацией

2. Неограниченно расширяется (не тормозится гравитацией). Скорость расширения очень велика. кривизна пространства отрицательна. Галактики будут удалятся друг от друга с постоянной скоростью

3.Скорость расширения замедляется, но не равняется нулю. Кривизна пространствоа плоская.

Выводы Фридмана о расширении вселенной получило экспериментальное подтверждение.

1929 Хаббл обнаружил так называемое «красное»смещение спектральной линии излучения,приходящего от удалённых галактик. Этот эффект свидетельствовал о том,что сам источник света от нас удаляется.Хаббл обнаружил,что галактики удаляются от нас со скоростьюV,которая прямопропорциональна расстоянию L от нас до галактики.Этот вывод назвали законом Хаббла.

Вопрос 37. Современная космология о ранних стадия эволюции Вселенной.

Вселенная расширяется значит в какой то момент времени в прошлом расстояния между соседними галактиками должно было = нулю. Пользуясь законом Хаббла можно оценить возраст галактики. Возраст нашей вселенной около 15-20млрд.лет по закону Хаббла.

Леметр(в рамках модели Фридмана)высказал предположение что при t=0 вселенная представляла собой так называемое «комическое яйцо» - микрообъект размером с электрон и с плотностью 10 в степени 98 гр/кубический метр.Этот объект был неустойчив,поэтому произошёл взрыв,в результате которого вселенная начала расширятся.

Гамов уточнил модель Леметра «горячей» вселенной в 1948:

Кода t=0 плотность и кривизна пространства были бесконечны. Такое начальное состояние называется сингулярным. ОТО-неполная теория.

Вычисления показывают что через 10 в степени -43 сек после Большого взрыва температура была 10 в степени 32 кельвина. С течение времени вселенная расширялась и остывала. При T больше 10 в 28 Кельвина три негравитационных взаимодействия: сильное, слабое и электромагнитное были одним объединённым взаимодействием.

Через t=10 в -35 сек при T меньше 10 в 28 кельвина симметрия взаимодействия разрушилась и сильное взаимодействие отделилось от электро слабого. В этот период происходит процессы аннигиляции вещества и антивещества возникшие в результате Большого взрыва(разрушения).Этот период называется эрой кварков и галионов, когда T меньше 10 в 15 Кельвина произошло разъединения слабого и электромагнитного взаимодействия, через t около 10 в -5 сек и T меньше 10 в 13 кельвина кварки стали объединяться друг с другом образуя протоны,нейтроны и античастицы. Эпоха нуклонов и антинуклонов.

с 10 в -2 до 10 во 2 сек-эра лептонов.В составе вселенной преобладают электроны,позитроны и нитрины.

С 10 во 2 по 10 в 3 сек-эпоха ядерного синтеза. Образуются простые атомные ядра типо ядер гелия,лития.В конце этого периода вселенная состоит из 74 % протонов(ядра водорода)и 25% гелия.

С10 в 3 по 10 в 13 сек(500000лет)эпоха ионов. Вселенная горячая,однородная,непрочная плазма.

С 10 в 6 по 10 в 8 сек эпоха атомов.Вселенная становится прозрачной.T от 10 в 3 до 10 в 4 кельвина электроны замедлились и получили возможность объединиться с атомами.

С 10 в 8 и по нынешнее время эпоха заёзд и галактик.

Вопрос 40 Строение Земли и основные характеристики ее оболочек. Термодинамика Земли.

Земля- третья от солнца планета солнечной системы. Она расположена на S= 150 млн км от солнца. Из-за силы гравитации – это сфера, сплюснутая вокруг полюсов.

Земля движется по эллиптической орбите со скоростью=30 км/час(?)

Полный оборот делает за 1 год.

Физические поля земли

1) гравитационные поля

2) Магнитные поля

3) Электрические поля

1)-ое определяется размерами и массой земли Оно отвечает за сферическую форму земли и за размер атмосферы (определяет 2-ую космическую скорость молекулы)

2)-ое связывают с конвективными движениями в жидком внешнем слое земного ядра(изменение массы во внешнем жидком слое ядра, состоит из железа)

3-ее очень мощное у земли. Поверхность земли заряжена отрицательно q приблизит. 3*10 в 5 КЛ à возникает напряжение u=400 000 В

В настоящее время установлено, что у земли слоистая структура, так как форма Земли почти сфера, то различ. слои - сферич. оболочки- геосфера

Форму земли и сферическое строение определяет сила тяготения. При образовании земли более тяжёлые элементы концентрировались в центре, а более лёгкие на периферии.

При рассмотрении земли выдвигают внутр. (ядро, мантия, земная кора; всё вместе геосфера) и внешн.(гидро,атмо,магнито и биосфера) оболочки.

Биосферу можно рассматривать как целостную систему, образованную живыми организмами и средой их обитания. Она распадается на нижних слоях атмосферы(20-40 км) литосфера и вся гидросфера.

Внутр. Оболочки:

Ядро: Внутр. Ядро(90% Fe t>4000гр С) и внешнее ядро (расп. Жидкое состояние Fe+O₂+Si+Ni

Мантия: 83% Vз=Vм 67% mз=mм

В-во: окись кремния, магния, железа

Земная кора: Земную кору и мантию разделяет граница Мохоровичича

Состав: Кремнезем,Селикаты(лёд, Кремний,O₂)

Земная кора и верхняя твёрдая часть-мантия составляют литосферу. 7больших плит+7 Средних плит=литосфера

Гидросфера(все воды земли) 90% Мировой океан

Атмосфера: Воздух смесь газов. Mатмосферы=5*10¹⁸кг

Вблизи земли состав атмосферы воздуха: 78% N₂(азот)

21% O₂

+ водный пар+примеси